摘要：目前，我國有許多水壩和堤防需要進行防滲處理設(shè)計，而不同的設(shè)計方案都有相應(yīng)的施工工藝、優(yōu)缺點以及適用范圍。在工程實踐中，需根據(jù)綜合防治技術(shù)與工程的實際情況進行選擇，實現(xiàn)科學(xué)、經(jīng)濟、合理設(shè)計和施工。本文對某水庫大壩防滲處理設(shè)計進行分析探討，僅供參考。
關(guān)鍵詞：水庫大壩；防滲處理；設(shè)計分析
中圖分類號： S611 文獻標識碼： A
一、水庫大壩概況
某水庫大壩位于長江流域某一支流水系，控制徑流面積50 km2。水庫原設(shè)計總庫容約300×104m3，其中防洪庫容25×104m3，興利庫容275×104m3。水庫排灌干渠渠道全長11.49 km。
目前灌區(qū)的水利工程仍以土質(zhì)明渠為主，渠系水利用率低，且經(jīng)幾十年的運行，現(xiàn)已存在嚴重的淤積、塌岸現(xiàn)象；部分渠段過水斷面被擠占，嚴重影響輸水渠道的正常運行。灌區(qū)對水資源的需求量隨經(jīng)濟的不斷發(fā)展、人民生活水平的提高呈日趨增大的趨勢，與現(xiàn)供水能力之間的矛盾更加突出。
二、工程布置
1、工程總體布置
該水庫大壩排灌干渠渠道全長11.49 km，控制灌溉面積0.021×104hm2。本次工程計劃對干渠后段1.60 km進行處理，里程8+000～9+600。干渠渠首設(shè)計流量17.21 m3/s，實施段設(shè)計流量21.67 m3/s，干渠控制灌溉面積0.021×104hm2，本期項目受益面積為0.017×104hm2。
2、明渠工程布置
水庫大壩排灌干渠由于建設(shè)時間較早、溝線較長、沿途地質(zhì)情況復(fù)雜，加之大部分渠道斷面未襯砌，渠道破損嚴重、滲漏量大、過水能力低。據(jù)水庫運行管理人員實測，渠道水利用系數(shù)僅為30%～38%，對水資源形成了極大的浪費。
渠道分段設(shè)計說明如下：
2.1里程8+000.00～8+400.00段
段長400 m，斷面為梯形斷面，襯砌邊坡坡比為1∶1，底寬2.0 m，5年一遇的設(shè)計流量為21.67 m3/s，底坡1/100，設(shè)計水深1.502 m，邊墻采用M7.5漿砌石襯砌，襯砌厚度30 cm，邊墻頂部采用10 cm厚C15混凝土壓頂，底板不襯砌。
2.2里程8+400.00～9+000.00段
段長600 m，斷面為梯形斷面，襯砌邊坡坡比為1∶1，底寬2.50 m，5年一遇的設(shè)計流量為21.67 m3/s，底坡1/200，設(shè)計水深1.706 m，邊墻采用M7.5漿砌石襯砌，襯砌厚度30 cm，邊墻頂部采用10 cm厚C15混凝土壓頂，底板不襯砌。
2.3里程9+000.00～9+600.00段
段長600 m，斷面為梯形斷面，襯砌邊坡坡比為1∶1，底寬2.50 m，5年一遇的設(shè)計流量為21.67 m3/s，底坡1/100，設(shè)計水深1.502 m，邊墻采用M7.5漿砌石襯砌，襯砌厚度30 cm，邊墻頂部采用10 cm厚C15混凝土壓頂，底板不襯砌。渠道開挖的土石方回填至渠堤兩邊，河堤內(nèi)回填邊坡1∶1.5，外邊坡1∶2.0，頂寬1.50 m，渠道直線段每25 m設(shè)置一條0.4 m×0.7 m的M7.5漿砌石固床梁，彎道段每25 m設(shè)置一條0.4 m×0.7 m的M7.5漿砌石固床梁。邊墻設(shè)置排水孔，孔徑10 cm，孔距3.0 m，梅花形布置。
3、渠系建筑物布置
根據(jù)設(shè)計人員現(xiàn)場調(diào)查，結(jié)合灌區(qū)實際需要情況，對渠道配套渠系建筑物。干渠沿線配套建筑物主要有：節(jié)制閘2座，放水閘4座、交通橋1座、各種型式的人行橋共計6座、清淤踏步2座。共計15座。節(jié)制閘布置參數(shù)見表1。
三、水庫大壩防滲處理設(shè)計
混凝土防滲墻布置在壩軸線上游壩腳處。防滲墻頂部埋入壩腳，底部需要穿透深層的砂卵石層，打入相對不透水層。壩基為黏性土、砂性土、碎石土及堅硬巖石多層構(gòu)造，其間砂卵石層下散布有黏土層，滲透系數(shù)較小，可作為相對隔水層。為減少工程量及施工難度，在黏土層較厚部位，防滲墻下端打入黏土層內(nèi)不小于2.0 m，黏土層較薄的部位需要將防滲墻嵌入基巖。防滲墻平均深度為62 m，墻體厚度0.8 m，混凝土強度為C15。
1、天然鋪蓋滲透穩(wěn)定分析
庫區(qū)最低點的高程為33.5 m，校核洪水位為46.83 m，因此黃土狀壤土層所承受的最大水頭為13.33 m。依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL 274-2011）規(guī)則，斜墻的容許滲透梯度為5，心墻的容許滲透梯度為4。實際上，防滲體的容許滲透梯度視土的性質(zhì)不同而異，輕壤土為3～4，壤土為4～6，黏土為6～8。通�？刂品罎B體的容許滲透梯度為5～6。因而，從滲透穩(wěn)定性考慮，庫區(qū)高程較低部位，天然鋪蓋小于3.0 m的處需要做防滲處理，才能確保防滲層的滲透穩(wěn)定。
2、庫區(qū)處理前后滲漏量分析
在確認土工膜防滲處理的范圍時，需要從投資和防滲效果兩個方面考慮。防滲處理范圍小，則不能到達預(yù)期的防滲作用，處理范圍過大，將會增加投資。當只對天然鋪蓋厚度小于2.0m的區(qū)域鋪設(shè)土工膜，正常蓄水位狀況下，滲漏量仍達10.46×104m3/d，滲漏量太大，防滲作用不明顯，對天然鋪蓋厚度小于3.0 m的區(qū)域鋪設(shè)土工膜，需要土工膜面積為207.57×104m2，滲漏量為2.05×104m3/d；當鋪設(shè)土工膜的規(guī)模擴大到天然鋪蓋厚度小于4.0 m的區(qū)域時，滲流量為1.71×104m3/d，鋪設(shè)土工膜面積增大到327.9×104m2。在正常蓄水位41.0 m的狀況下，庫區(qū)鋪設(shè)土工膜防滲后，滲漏量仍很大，為1.7×104m3/d。考慮到水庫蓄水達41.0 m的狀況較少，且持續(xù)時間很短，而庫水位大多數(shù)狀況下維持在40 m以下。在庫水位40.0和39.0 m時，滲漏量分別為1.74×104 m3/d和7 438 m3/d。庫水位低于39.0 m時滲漏量更小。庫區(qū)鋪設(shè)土工膜的防滲處理后，可滿足蓄水運用需要。因而推薦處理規(guī)模為：高程40 m以下，天然鋪蓋厚度小于3.0 m的區(qū)域，對于部分水頭較高的部位，適當擴大到天然鋪蓋厚度3.0～4.0 m的區(qū)域。 3、土工膜設(shè)計
3.1材料選擇
選用聚乙烯（PE）膜，土工膜厚度選擇為0.5 mm。選用材料物理力學(xué)性能指標應(yīng)滿足下列要求：密度不應(yīng)低于900 kg/m3，破壞拉應(yīng)力不應(yīng)低于12 MPa，斷裂伸長率不應(yīng)低于300%，彈性模量（E）在5℃不應(yīng)低于70 MPa，抗凍性（脆性溫度）不應(yīng)低于-60℃，聯(lián)接強度應(yīng)大于母材強度，撕裂強度應(yīng)大于等于40 N/mm，抗?jié)B強度應(yīng)在1.05 MPa水壓下48 h不滲水，滲透系數(shù)應(yīng)小于1×10-10 cm/s。根據(jù)環(huán)境保護需要，土工膜應(yīng)滿足飲水工程和其它清潔性能需要，其所用資料均滿足國家現(xiàn)行有關(guān)環(huán)保規(guī)范的要求。
3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計
土工膜防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計，包含膜上保護層、土工膜防滲層和支撐層。膜上保護層的主要作用是減緩?fù)凉つさ睦匣�、防止水流和波浪對土工膜的沖刷、人畜損壞、冰凍危害以及作為壓重抵抗膜下水氣的浮起等。保護層材料選擇當?shù)卣惩敛⑻蕹惩林械募怃J顆粒�？紤]水深、流速、日曬和冰凍等因素，選定膜上保護層厚度為60 cm。接近水面部位，考慮波浪沖刷，部分加厚到100 cm。
膜下支撐層為地基土，平整好場所后，上鋪設(shè)土工膜，根據(jù)庫區(qū)地質(zhì)條件，膜下為黃土狀壤土，沒有尖利的石子等物，所以能夠直接鋪設(shè)土工膜，但也要留意查看是否有尖銳物體刺破土工膜。對于砂卵石出露部位，需在其上部鋪設(shè)10 cm厚壤土，再鋪設(shè)土工膜。依據(jù)庫區(qū)防滲的特色，選用埋壓式PE土工膜防滲。根據(jù)土工膜與膜上保護層之間的摩擦系數(shù)，通過計算控制邊坡系數(shù)為5。
3.3聯(lián)接設(shè)計
土工膜聯(lián)接好壞直接影響防滲的作用。土工膜周邊與相對不透水的天然鋪蓋應(yīng)緊密聯(lián)接，構(gòu)成封閉的不透水結(jié)構(gòu)體。因此，在周邊設(shè)錨固槽，槽深為50 cm，槽底寬50 cm，將土工膜錨固于槽內(nèi)。膜與膜之間搭接寬度應(yīng)滿意焊接技術(shù)需要，取10 cm。
結(jié)束語
綜上所述，對水庫大壩防滲處理設(shè)計的分析，對于確保水庫安全、加快病險水庫除險加固具有十分重要的意義。只有做好防滲處理設(shè)計，才能確保施工順利，才能充分發(fā)揮水庫的興利效益和防洪效益，才能進一步促進經(jīng)濟與社會的發(fā)展。
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